具有六個自由度的盾構管片拼裝機的製作方法

2023-12-10 02:38:41 2

專利名稱：具有六個自由度的盾構管片拼裝機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種隧道工程施工機械，特別涉及一種盾構管片拼裝機。
背景技術：
管片拼裝機是隧道施工用盾構掘進機中的重要關鍵部件之一。盾構機向前掘進後，在其後部必須立即將管片拼裝成隧道襯砌，拼裝管片的工作就是由拼裝機來完成的，管片拼裝機的功能直接影響到管片拼裝質量以及隧道施工效率。
經文件檢索發現，申請號為03116809.4的中國專利《帶有壓力式全密封郵箱的襯砌拼裝機》(
公開日2003年10月15日)公開了一種隧道管片拼裝機，其結構示意圖可參閱附圖1和2。該管片拼裝機具有一由驅動裝置502驅動進行迴轉運動的環形盤式旋轉盤體501，二懸臂梁503固定在旋轉盤體501的兩側部；二垂直導向套504分別焊固在左右兩懸臂梁503上，設置在其外側的提升油缸505帶動導柱507在導向套504內滑動，一「U」形的鋼製提升橫梁506在二端與垂直的導柱507連為一體，並可隨導柱507一起上下運動；平移機構508固定在提升橫梁506下部的中間，其中設置有平移油缸509，管片鉗510設置於平移油缸509上，其兩側設有支撐油缸511，平移油缸509帶動管片鉗510前後平移，支撐油缸511帶動管片鉗510上下移動；管片鉗510上具有螺紋可連接和擎移管片。
由上述可知，該發明是通過旋轉盤體501迴轉、提升油缸505上下運動、平移油缸509前後運動及支撐油缸511上下運動來實現管片鉗510的空間移動和定位的，並進而完成隧道內管片的拼裝施工。該機構的運動具有四個自由度，然而在實際施工中，並非每一塊管片都能以規則的理想位置進行拼裝，其很可能需要與隧道空間的某個平面，例如隧道的橫截面存在著一個小的夾角，顯然，上述只具有四個自由度的拼裝機就不能滿足管片施工的要求了。
此外，該管片拼裝機的左右懸臂梁503之間僅僅只靠提升橫梁506進行連接，因而設備整體的剛度較差，工作負載會破壞左右二提升油缸505軸線的平行度，使二提升油缸505的升降運動不同步，從而造成管片拼裝錯位的嚴重後果。
再而，該管片拼裝機的管片鉗510直接設置於平移油缸509上，管片的所有重量都由平移油缸509的缸體承受，這將對平移油缸509整體的穩定性及平移運動的平穩性造成不利的影響。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種具有六個自由度的盾構管片拼裝機，其機構具有六個運動自由度，從而使抓取管片的管片鉗頭裝置的移動、位置和姿態能充分地滿足拼裝管片的需要，此外，通過改善結構提高平移裝置和懸臂梁的整體穩定性和剛性。
為了達到上述目的，本發明是通過如下技術方案來解決其技術問題的一種具有六個自由度的盾構管片拼裝機，包括有旋轉盤體、驅動裝置、二懸臂梁、二平移油缸、二提升油缸、提升橫梁、管片鉗頭裝置、管片配重和固定盤體，所述二懸臂梁沿盾構軸向且左右平行地固定在盾構機的內殼體上，所述固定盤體設置在二懸臂梁上且與盾構同軸，所述驅動裝置固設於固定盤體上，其驅動旋轉盤體在固定盤體上作同軸迴轉運動，所述二平移油缸分別鉸接於二懸臂梁與固定盤體之間，其同步伸縮帶動固定盤體和旋轉盤體一起沿盾構軸向作前後平移運動，所述管片鉗頭裝置上設有螺紋口以連接和擎移管片，其特徵在於它還包括有二導向外套、二導向內套、轉動平臺、中心球關節軸承、管片傾斜油缸和管片轉動油缸；所述二導向外套分別直立且平行地固定在旋轉盤體的二側，二導向內套分別套入二導向外套內，二提升油缸分別鉸接在導向外套與導向內套之間，並可各自推動導向內套在導向外套內上下滑移；所述提升橫梁的二端分別與二導向內套的下端相鉸接，其下部的中間設置有轉動平臺，中心球關節軸承安裝在該轉動平臺與提升橫梁之間；所述管片傾斜油缸的一端與提升橫梁鉸接，另一端與轉動平臺相鉸接，其軸線與轉動平臺的臺面成一夾角；所述管片轉動油缸的軸線平行於轉動平臺，其一端與提升橫梁鉸接，另一端與轉動平臺相鉸接；所述管片鉗頭裝置固設於轉動平臺上。
本發明所述的具有六個自由度的盾構管片拼裝機，在其二懸臂梁之間裝設有中間橫梁，該中間橫梁的二端分別與二懸臂梁相固接，在該二懸臂梁的上方和下方設置有滾輪裝置，該滾輪裝置固接在固定盤體的左右二側部，該懸臂梁的上下二表面設置有可供滾輪裝置進行滾動的軌道；所述二平移油缸的缸體分別水平地固定在二懸臂梁的外側，其活塞杆分別鉸接於固定盤體的二側。
為了更好地將本發明所述的具有六個自由度的盾構管片拼裝機與現有技術進行比較，我們將隧道的軸線方向設為X軸，隧道徑向水平方向為Y軸，隧道徑向鉛垂方向為Z軸(參見圖3中坐標所示)。
與現有的盾構管片拼裝機相比較，本發明所述的具有六個自由度的盾構管片拼裝機不僅具有可實現X軸向運動(前後平移)的平移油缸、可實現Z軸向運動(上下升降)的提升油缸以及可實現繞X軸迴轉(YZ平面內的旋轉)的旋轉盤體，而且還設有管片傾斜油缸可實現繞Y軸擺動(XZ平面內的旋轉)、設有管片轉動油缸可實現繞Z軸轉動(XY平面內的旋轉)以及利用二提升油缸的行程差可實現Y軸向微動(左右移動)，因而具有6個運動自由度，使管片鉗頭裝置的移動、位置和姿態更能廣泛地適應拼裝各種空間位置管片的需要，解決了管片空間位置變化而產生的拼裝困難的問題；另外，本發明在其二懸臂梁之間裝設有中間橫梁，提高了設備整體結構的剛度，同時抓取管片的管片鉗頭裝置設置於提升橫梁的轉動平臺上，克服了管片重量對油缸的不良影響，因而結構的改善保證了所述的具有六個自由度的盾構管片拼裝機能長時間、高負載地進行管片拼裝作業。


圖1為現有技術的管片拼裝機的結構示意圖。
圖2為圖1的側視圖。
圖3為本發明的結構立體示意圖。
圖4為本發明的結構側視圖。
圖5為本發明的轉動平臺部位的側向局部立體示意圖。
圖6為本發明的轉動平臺部位的俯向局部立體示意圖。
圖7為本發明的提升油缸部位的局部立體示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的描述。
如圖3和圖4所示，本發明所述的具有六個自由度的盾構管片拼裝機包括有旋轉盤體1、驅動裝置2、二懸臂梁3、二平移油缸4、二導向外套5、二導向內套6、二提升油缸7、提升橫梁8、管片鉗頭裝置9、管片配重10、轉動平臺12、中心球關節軸承13、管片傾斜油缸14、管片轉動油缸15、固定盤體16和滾輪裝置17。
所述二懸臂梁3沿盾構的軸向且左右平行地固定在盾構機的內殼體上，在二懸臂梁3之間裝設有中間橫梁21，該中間橫梁21的二端分別與左右二懸臂梁3相固接以增加結構的剛度。在該二懸臂梁21的上方和下方設置有滾輪裝置17，該懸臂梁21的上下二表面設有可供滾輪裝置17進行滾動的軌道20；所述固定盤體16為一環狀結構件，其設置在二懸臂梁3上並且軸線與盾構重合，上述滾輪裝置17焊接在固定盤體16盤面的左右二側部，其可沿著軌道在二懸臂梁3上滑動；所述驅動裝置2固設於固定盤體16上，其為電動機驅動的齒輪變速裝置，它帶動圓環形盤式旋轉盤體1在固定盤體16上作同軸的迴轉運動；所述二平移油缸4的缸體通過安裝座19分別水平地固定在二懸臂梁3的外側，其活塞杆通過安裝座18分別鉸接於固定盤體16的左右二側，從而使二平移油缸4分別鉸接於二懸臂梁3與固定盤體16之間，二平移油缸4可同步伸縮帶動固定盤體16和旋轉盤體1一起通過滾輪裝置17在二懸臂梁3上滑動，也即沿著盾構軸向作前後平移運動。所述二導向外套5分別直立且平行地固定在旋轉盤體1的二側，二導向內套6分別套入二導向外套5內；現請參考圖7，二提升油缸7設置於二導向內套6內且分別鉸接在導向外套5與導向內套6之間，其可各自推動導向內套6在導向外套5內上下滑移，導向內套6的外表面與導向外套5內表面之間設置有銅墊111以起減少摩擦的作用。所述提升橫梁8的二端分別與二導向內套6的下端相鉸接，其下部的中間設置有轉動平臺12，再參閱圖5，中心球關節軸承13安裝在該轉動平臺12與提升橫梁8之間，從而轉動平臺12可繞中心球關節軸承13的中心作全周旋動；所述管片鉗頭裝置9固設於轉動平臺12上，其設有螺紋口以連接和擎移管片。現請參閱圖5，所述管片傾斜油缸14的一端通過固定在提升橫梁8上的耳板301及銷軸300與提升橫梁8相鉸接，另一端通過固定在轉動平臺12上的耳板302及銷軸300與轉動平臺12鉸接，其軸線與轉動平臺12的臺面成一夾角，管片傾斜油缸14的伸縮可推動轉動平臺12前後擺動；再請參閱圖6，所述管片轉動油缸15的軸線平行於轉動平臺12，其一端通過固定在提升橫梁8上的耳板303及銷軸300與提升橫梁8相鉸接，另一端通過固定在轉動平臺12上的耳板304及銷軸300與轉動平臺12鉸接，因而管片轉動油缸15的伸縮可推動轉動平臺12在水平面內旋轉。再參閱圖3，所述管片配重10設置在旋轉盤體1的與提升橫梁8相對的部位上，因而其可以平衡管片鉗頭裝置9所抓取管片的重量，保證旋轉盤體1迴轉的平穩性。
在圖3中將隧道的軸線方向設為X軸，隧道徑向水平方向為Y軸，隧道徑向鉛垂方向為Z軸(見圖3中坐標所示)。綜上所述，本發明所述的具有六個自由度的盾構管片拼裝機通過平移油缸4實現X軸向的運動(前後平移)、通過提升油缸7實現Z軸向的運動(上下升降)，通過旋轉盤體1實現繞X軸的迴轉(YZ平面內的旋轉)，通過管片傾斜油缸14實現繞Y軸的擺動(XZ平面內的旋轉)，通過管片轉動油缸15實現繞Z軸的轉動(XY平面內的旋轉)以及通過二提升油缸7的行程差與旋轉盤體1的旋轉相結合實現Y軸向的微動(左右移動)，使管片鉗頭裝置9具有6個運動自由度，因而其移動、位置和姿態更能適應拼裝各種空間位置管片的需要；此外，二懸臂梁3之間設置中間橫梁21、管片鉗頭裝置9的位置設置等結構方面的改進提高了所述具有六個自由度的盾構管片拼裝機設備整體結構的剛度，克服了管片重量的不良影響，達到了機構運動的平穩性，保證了本發明能長時間、高負載地進行管片拼裝作業。
權利要求
1.一種具有六個自由度的盾構管片拼裝機，包括有旋轉盤體(1)、驅動裝置(2)、二懸臂梁(3)、二平移油缸(4)、二提升油缸(7)、提升橫梁(8)、管片鉗頭裝置(9)、管片配重(10)和固定盤體(16)，所述二懸臂梁(3)沿盾構軸向且左右平行地固定在盾構機的內殼體上，所述固定盤體(16)設置在二懸臂梁(3)上且與盾構同軸，所述驅動裝置(2)固設於固定盤體(16)上，其驅動旋轉盤體(1)在固定盤體(16)上作同軸迴轉運動，所述二平移油缸(4)分別鉸接於二懸臂梁(3)與固定盤體(16)之間，其同步伸縮帶動固定盤體(16)和旋轉盤體(1)一起沿盾構軸向作前後平移運動，所述管片鉗頭裝置(9)上設有螺紋口以連接和擎移管片，其特徵在於它還包括有二導向外套(5)、二導向內套(6)、轉動平臺(12)、中心球關節軸承(13)、管片傾斜油缸(14)和管片轉動油缸(15)；所述二導向外套(5)分別直立且平行地固定在旋轉盤體(1)的二側，二導向內套(6)分別套入二導向外套(5)內，二提升油缸(7)分別鉸接在導向外套(5)與導向內套(6)之間，並可各自推動導向內套(6)在導向外套(5)內上下滑移；所述提升橫梁(8)的二端分別與二導向內套(6)的下端相鉸接，其下部的中間設置有轉動平臺(12)，中心球關節軸承(13)安裝在該轉動平臺(12)與提升橫梁(8)之間；所述管片傾斜油缸(14)的一端與提升橫梁(8)鉸接，另一端與轉動平臺(12)相鉸接，其軸線與轉動平臺(12)的臺面成一夾角；所述管片轉動油缸(15)的軸線平行於轉動平臺(12)，其一端與提升橫梁(8)鉸接，另一端與轉動平臺(12)相鉸接；所述管片鉗頭裝置(9)固設於轉動平臺(12)上。
2.根據權利要求1所述的具有六個自由度的盾構管片拼裝機，其特徵在於在二懸臂梁(3)之間裝設有中間橫梁(21)，該中間橫梁(21)的二端分別與二懸臂梁(3)相固接。
3.根據權利要求1或2所述的具有六個自由度的盾構管片拼裝機，其特徵在於在二懸臂梁(3)的上方和下方設置有滾輪裝置(17)，該滾輪裝置(17)固接在固定盤體(16)的左右二側部，該懸臂梁(3)的上下二表面設置有可供滾輪裝置(17)進行滾動的軌道(20)。
4.根據權利要求1或2所述的具有六個自由度的盾構管片拼裝機，其特徵在於所述二平移油缸(4)的缸體分別水平地固定在二懸臂梁(3)的外側，其活塞杆分別鉸接於固定盤體(16)的二側。
全文摘要
一種具有六個自由度的盾構管片拼裝機，包括有旋轉盤體、驅動裝置、二懸臂梁、二平移油缸、二導向外套、二導向內套、二提升油缸、提升橫梁、管片鉗頭裝置、管片配重、轉動平臺、中心球關節軸承、管片傾斜油缸、管片轉動油缸、固定盤體和滾輪裝置，其機構具有六個運動自由度，從而使管片鉗頭裝置的移動、位置和姿態能充分地滿足拼裝各種空間位置管片的需要，此外二懸臂梁之間設置中間橫梁、管片鉗頭裝置的位置設置等結構方面的改進提高了設備整體結構的剛度和機構運動的平穩性，本發明能用於盾構掘進機中進行長時間、高負載的管片拼裝作業。
文檔編號E21D11/04GK1837578SQ200610025189
公開日2006年9月27日 申請日期2006年3月29日 優先權日2006年3月29日
發明者石元奇, 王鶴林, 楊磊, 翟一欣 申請人:上海隧道工程股份有限公司